Şeker kristalizasyonu, şekerleme teknolojisinin hem en temel hem de en nüanslı konularından biridir. Sucrose, glikoz ve früktoz gibi monosakkarit ve disakkaritler çözeltiden katı faza geçerken ya kristal ağ yapısı kurar ya da amorf (düzensiz) cam yapı oluşturur; bu iki çıktı arasındaki fark, şekerlemenin ağız hissini, raf ömrünü ve stabilitesini belirler. Kristalizasyon termodinamik perspektiften bir nükleasyon ve büyüme sürecidir. Çözeltinin aşırı doygunluk seviyesi (supersaturation ratio, S) belirli bir eşiği aştığında kendiliğinden nükleasyon (homogeneous nucleation) başlar; yabancı partiküller, yüzeyler ya da mevcut kristal çekirdekler ise bu eşiği düşürerek heterogen nükleasyonu kolaylaştırır. Fondant üretiminde aranan ince, homojen kristal dağılımı, kontrollü hızlı soğutma ve mekanik çalışmayla (beating) çok sayıda eş zamanlı kristal çekirdeği tetiklenerek elde edilir. Şeker kristalizasyonu kontrolünde sıcaklık dışında konsantrasyon, viskozite ve katkı maddeleri de belirleyicidir. Glikoz şurubu (glukoz/dekstroz), invertaz ile elde edilen invert şeker ve laktozun sukroz formülasyonlarına eklenmesi, yabancı moleküllerin kristal kafes büyümesine girişerek süreci engeller (retardasyon etkisi). Bu mekanizma karamelde ve toffee'de istenilen pürüzsüz, akıcı dokuyu sağlar. Amorf yapı, şeker kristalizasyonu gerçekleşmeden soğutmanın aşırı viskoziteye ulaşması durumunda ortaya çıkar. Cam geçiş sıcaklığı (Tg) bu yapının stabilitesini tanımlayan kilit parametredir: Tg'nin altında amorf yapı kararlıdır, üstünde ise moleküler hareketlilik artar ve kristalizasyon yeniden başlayabilir. Sert şekerlemeler (hard candies), amorf cam yapıyı korumak üzere tasarlanmıştır; bu nedenle nem absorbsiyonu Tg'yi düşürerek kriptokristalin kusuru (graining) tetiklediğinden nem bariyeri ambalaj seçimi teknolojik zorunluluktur. Politropi (polymorphism) şeker kristalizasyonunun ek bir karmaşıklık boyutudur. Laktoz α ve β anomer formları arasında geçiş yapabilir; bu iki formun çözünürlükleri farklıdır ve proses koşullarına bağlı olarak birinin veya diğerinin baskın hale gelmesi ürün karakterini değiştirir. Süt tozu bazlı şekerleme ürünlerinde β-laktoz kristalleri istenmeyen kumsu dokuya yol açtığından proses sıcaklık kontrol protokolleri bu morfolojik geçişi hedefler. Modern şekerleme endüstrisinde kontrollü kristalizasyon için yüksek çözünürlüklü X-ışını kırınımı, mikrofokus kamera ve DSC (diferansiyel taramalı kalorimetre) kombinasyonu, hem proses kontrolünde hem kalite güvencesinde rutin analiz araçları haline gelmiştir.